Скачать презентацию Московский государственный университет печати Кафедра МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ А П Скачать презентацию Московский государственный университет печати Кафедра МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ А П

Лекция_9_2композ_латекс_12.ppt

  • Количество слайдов: 26

Московский государственный университет печати Кафедра «МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ» А. П. Кондратов 1 Московский государственный университет печати Кафедра «МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ» А. П. Кондратов 1

ПЛАН ЛЕКЦИИ Особенности фазовых равновесий В ГФС полимер-растворитель Пластификация полимеров Латексы, пасты, студни, порошки ПЛАН ЛЕКЦИИ Особенности фазовых равновесий В ГФС полимер-растворитель Пластификация полимеров Латексы, пасты, студни, порошки Важнейшие факты и закономерности 2

Равновесие в ГГ системе «полимер-жидкость» 5 типов 1 - аморфное(жидкостное) расслоение на две изотропные Равновесие в ГГ системе «полимер-жидкость» 5 типов 1 - аморфное(жидкостное) расслоение на две изотропные фазы с разной концентрацией ; 2 - кристаллическое. Выделение кристаллов полимера + нас. раствор; 3 – между сшитым ПМ и растворителем набухание при разных температурах; 4 жидкокристаллическое расслоение на две фазы: изотропную и анизоизотропную (ЖК); 5 между блок СПЛ и растворителями 1 -ый тип равновесия «аморфное» распределение одной макромолекулы А В С между разными фазами (частицами р вора) (жидкостное расслаивание) 1 - бинодаль; 2 - спинодаль ВКТР(С) верхняя критическая температура растворения (смешения) 3

Аморфное равновесие в ГГ системе а) бинодаль и спинодаль (матастаб. сост) с НКТСмешения (с Аморфное равновесие в ГГ системе а) бинодаль и спинодаль (матастаб. сост) с НКТСмешения (с сильным м. м. взаимодействием – Н связями; эфиры целлюлозы в воде, лаки… ПА, ПИ и полимины б) Две критические т-уры смешения; в) без КТС (показать расслоение ) «Хорошие» растворители (ВКТС менее 20 о. С), «осадители» или нерастворители и «плохие» (ВКТС более 20 о. С), растворители, т. е. жидкости в которых ограниченно набухает полимер 4

Пластификация полимеров жидкостью Два вида пластификации: «молекулярная» , т. е. разбавление закон : Т Пластификация полимеров жидкостью Два вида пластификации: «молекулярная» , т. е. разбавление закон : Т = Тс – аφ, где φ – объемная доля (для неполярных веществ); «структурная» закон : Т = Тс – вω, где ω – мольная доля (для полярных веществ) 5

Пластификация полимеров жидкостью 3 - несовместимые (осадители) 2 - ограниченно совместимые, Например, зависимость тем Пластификация полимеров жидкостью 3 - несовместимые (осадители) 2 - ограниченно совместимые, Например, зависимость тем ры стеклования нитрата целлюлозы от доли касторового масла 1 - полностью совместимые Два вида пластификации: «молекулярная» , т. е. разбавление закон : Т = Тс – аφ, где φ – объемная доля (для неполярных веществ); «структурная» закон : Т = Тс – вω, где ω – мольная доля (для полярных веществ) 6

Аморфное равновесие в ГГ системе «полимер – хороший растворитель» 1 «Узкая» диаграмма, р р Аморфное равновесие в ГГ системе «полимер – хороший растворитель» 1 «Узкая» диаграмма, р р полимера х2, вязкость мала и температура Тт = (результат) полное расслоение на два раствора; 2 «Широкая» достигает концентрированных вязких х2 при Т менее Тт = Вязкий каркас с включением капель х1. Это студень! После сушки поры 3 «Очень широкая» , х2 достигает твердых стеклообразных растворов = Хлопья полимера в осадок 7

Дисперсные системы «полимер-жидкость» 3 типа 1 - Гидрозоли дисперсии полимера в воде (латексы: каучук Дисперсные системы «полимер-жидкость» 3 типа 1 - Гидрозоли дисперсии полимера в воде (латексы: каучук в воде) ; 2 - Органозоли. дисперсии полимера в органических ж. (пластизоли); 3 – Порошки. дисперсии полимера в газовой среде (воздухе); «Латексы» : натуральный (сок гевеи), синтетические (продукт эмульсионной полимеризации в воде), искусственные (результат смешения порошков с водой). Устойчивость дисперсных систем: Седиментационная (кинетическая) устойчивость (не оседание); Агрегативная устойчивость к слипанию – (не укрупнение частиц). Достигается стабилизаторами: Ионогенными (катионоактивные с «+» зарядом частиц, например, четвертичные аммониевые основания, амины, ацетилпиридинхлорид анионоактивные с «-» зарядом частиц – мыла, соли сульфокислот, КМЦ) Неионогенными, например, ПВС, ОП-7, ОП-10 – конденсаты этиленоксида (? ) с алкилфенолами, олеиновой кислотой и т. п. Потеря устойчивости - гомокоагуляция за счет «аутогезии» равных 8 частиц и гетерокоагуляция при смешении разных дисперсий

Формование и пленкообразование из латексов Пленки, покрытия и изделия сложной формы (разной толщины) могут Формование и пленкообразование из латексов Пленки, покрытия и изделия сложной формы (разной толщины) могут быть получены из водных дисперсий полимеров (латексов) : -маканием формы (одно и многократным, коагулянтным); - запечатыванием по бумаге или пленке с УФ отверждением желатинированием слоев; ионным или электроотложением; термосенсибилизацией и т. д. Макание – многократное погружение форм в латекс с сушкой (вымораживанием): 3 стадии: испарение влаги из дисперсной среды до контакта и «упаковки» глобул; капиллярная усадка при сушке; выход эмульгатора и монолитизация полимера Усадочные напряжения и пористость! После сушки – умеренная термообработка, до сушки введение пластификаторов. Желатинирование – формование через стадию студня путем целенаправленной астабилизации латекса (цинкоаммиачным комплексом [ Zn(NH 3)4]2+ ) который нейтрализует эмульгатор (стабилизатор натурального латекса) – МЫЛО! (спросить Что такое мыло…) 9

Формование пленок и покрытий из латексов 10 Формование пленок и покрытий из латексов 10

Формование пленок и покрытий из латексов Действие сил межфазного натяжения на границе вода – Формование пленок и покрытий из латексов Действие сил межфазного натяжения на границе вода – воздух Силы межфазного натяжения стремятся уменьшить площадь поверхности раздела ~ 6 раз если слить две капли в одну Силы капиллярного давления среды прижимают капли на начальной стадии сильнее (б). Эти силы действуют «комплементарно» 11

Вулканизация пленок из латексов 12 Вулканизация пленок из латексов 12

Формование и пленкообразование из паст (пластизолей) Пластизоль ПВХ или СПЛ ПВХ и ПВА это Формование и пленкообразование из паст (пластизолей) Пластизоль ПВХ или СПЛ ПВХ и ПВА это дисперсия полимера в «плохом» растворителе (20 60% полимера) в пластификаторе с « 0 набухаемостью» при н. у. , но совместимым при нагревании. Пластизоль вязкая «Ньтоновская» жидкость при скорости сдвига 1 с -1 Аддитивное соотношение Энштейна: η = η ж(1+кφ ) где η – вязкость жидкости(пластификатора), φ доля ПВХ, к – формы частиц Формование осуществляют: маканием, заливкой в формы, ротационным формованием, распылением, др. способами переработки термопластов. желирование (желатинирование, желатинизация) с образованием СТУДНЯ! СТУДЕНЬ Студень (или гель) -ГГ система «полимер —жидкость» с высоким содержанием (до 1 : 100) жидкости, способную к большим (высокоэластическим) деформациям, но не способную к течению. 13

Желатинизация {желатинирование) — образование студня при частичной (полной) коагуляции коллоидных систем (дисперсий), при сцеплении Желатинизация {желатинирование) — образование студня при частичной (полной) коагуляции коллоидных систем (дисперсий), при сцеплении частиц в отдельных точках их поверхности и удерживания дисперсионной среды в ячейках между слипшимися частицами Желирование {желатинирование, желатинизация) — процесс превращения смеси пластификатора с порошкообразным ПВХ в монолитный пластифи цированный материал (пластикат). Общей структурной особенностью студней является существование трехмерной сетки связей, которая обусловливает невозможность течения (проскальзывания макромолекулярных цепей друг относительно друга). Границы студнеобраз ного состояния полимера определяются не только температурой и составом системы, но и величиной действующих напряжений. Физические связи разрушаются при действии высоких напряжений, что соответствует переходу от студня к раствору 14

Проникание дисперсий и растворов полимеров в волокнистую основу – формирование ГГС Пропитывание (пропитка, импрегнирование) Проникание дисперсий и растворов полимеров в волокнистую основу – формирование ГГС Пропитывание (пропитка, импрегнирование) обработка волокнистых нетканых материалов и тканей растворами, расплавами или дисперсиями полимеров Проклеивание (проклейка) бумаги или картона смешением размолотых волокон с водными дисперсиями полимеров Физико химические явления смачивание, капиллярность, адгезия частиц 1. Смачивание и растекание Соs Q – «смачивание» от 1 до 1. При 1 полное смачивание и растекание При Соs Q 1 несмачивание 15

Проникание дисперсий и растворов полимеров в волокнистую основу – формирование ГГС 1. Капиллярность. Высота Проникание дисперсий и растворов полимеров в волокнистую основу – формирование ГГС 1. Капиллярность. Высота поднятия жидкости Неправильная форма, наличие воздушной пробки Соs Q – «смачивание» от 1 до 1. При 1 полное смачивание и растекание При Соs Q 1 несмачивание Концентрация пропитывающей системы мало сказывается на пропитывающей способности плохо пропитывающей дисперсии, в то время как эффективность пропитывания хорошо пропитывающей дисперсии существенно возрастает Повышение температуры мало влияет на проникание в основу хорошо пропитывающей дисперсии, но значительно улучшает проникание плохо пропитывающих составов Возможности отфильтровывания частиц дисперсной фазы материалом ничтожна, т. к. поры в волокнитах более 10 мкм, а частицы менее 1 мкм 16

Проникание дисперсий и растворов полимеров в волокнистую основу – формирование ГГС Пропитывание дисперсиями полимеров Проникание дисперсий и растворов полимеров в волокнистую основу – формирование ГГС Пропитывание дисперсиями полимеров усиливается в 1, 5 – 2 раза при пере гибании основы вокруг валов, при дополнительном перемешивании дисперсии, при НАТЯЖЕНИИ ( деформировании) волокнистой основы даже на 2 -3% При сушке протекают ФХ процессы: диффузия паров дисперсионной среды, капил лярное течение, астабилизация дисперсий, адгезия частиц полимера к волокнам При перемещении жидкости (при сушке) из объема к поверхности мигрируют частицы полимера (НЕГАТИВ). Применяют ТВЧ и ИК сушку для астабилизации дисперсий полимеров внутри волокнистой основы вследствие нагревания до 60 о. Астабилизирующие термочувствительные добавки (ПАВ) алкилфенолы, Пропиленоксид, поливинилметиловый эфир, полисилоксаны, эфиры целлюлозы, Оксиэтилированные диамины, жирные катионоактивные амины. Подготовка волокнистой основы к пропитыванию водными дисперсиями полимеров предварительной гидрофобизацией обработкой силиконами 17

Результат пропитывания волокнистых основ дисперсиями и растворами полимеров 18 Результат пропитывания волокнистых основ дисперсиями и растворами полимеров 18

Результат пропитывания волокнистых основ дисперсиями и растворами полимеров Сегментная структура пропитанного материала – неравномерное Результат пропитывания волокнистых основ дисперсиями и растворами полимеров Сегментная структура пропитанного материала – неравномерное покрытие Нескольких ячеек (пор), но «не склеивание» узлов, пересечений волокон Бывает при использовании латексов каучуков и при малых концентрациях (5%) Агломератная структура – случайные скопления частиц полимера, неравно мерное распределение по волокнам. Бывает при использовании порошков и растворов полимеров. Точечная структура оптимальное распределение полимера по узлам и Местам пересечений волокон. Достигается оптимальная подвижность и прочность пропитанного материала. 19

Результат пропитывания волокнистых основ Основные типы склеек: а — контактная; 6 — склейка муфта; Результат пропитывания волокнистых основ Основные типы склеек: а — контактная; 6 — склейка муфта; в — ламельная; г — агрегатная с параллельным расположением волокон; д — агрегатная с хаотическим расположе нием волокон 20 20

Результат пропитывания волокнистых основ Контактная склейка создается прослойкой связующего между волокнами. Склейки имеют минимальные Результат пропитывания волокнистых основ Контактная склейка создается прослойкой связующего между волокнами. Склейки имеют минимальные размеры и оптимальную шарнирную подвижность. Ламельные склейки в форме пластин образуются из латексов и являются увеличенными муфтами. Они большие по размерам и сильно ограничивают подвижность волокон. Снижается пористость клееного материала. Склейки-муфты надежнее и долговечнее контактных. Связующее обволакивает волокна кольцом создается муфта на волокнах в месте пересечения (пропитка, термопрессование). Агрегатная склейка - разновидность склейки муфты и соединяет более двух волокон, расположенных параллельно или хаотически. При параллельном расположении волокон склейка обладает оптимальной структурой для передачи усилия и экономного расходования связующего. При хаотическом расположении волокон эффективность склеек ниже и больше расход связующего 21

Свойства пропитанных волокнистых основ Зависимости свойств и структуры нетканых клееных материалов. I – малое Свойства пропитанных волокнистых основ Зависимости свойств и структуры нетканых клееных материалов. I – малое содержание латекса II – БУМАГОподобная структура III – полное заполнение – «армированный пластик» 22

Поверхность запечатываемого полимерного материала Трехмерное изображение морфологии поверхности полимерных пленок. Полипропилен для печати водно Поверхность запечатываемого полимерного материала Трехмерное изображение морфологии поверхности полимерных пленок. Полипропилен для печати водно дисперсной краской Aqua. Flex 007 23

Проникание печатной КРАСКИ на основе дисперсий или растворов полимеров в шероховатый поверхностный слой пленки Проникание печатной КРАСКИ на основе дисперсий или растворов полимеров в шероховатый поверхностный слой пленки 1 – печатная краска, 2 – полимерная пленка Адгезионная прочность, Параметры шероховатости Н/см 2 Ra, мкм Rz, мкм 21 0, 26 2, 7 17 0, 21 1, 7 7 0, 13 0, 25 7, 5 0, 11 2, 1 24

1. Г. П. Андрианова и др. Технология переработки ПМ» , ч. 1, Колос. С, 1. Г. П. Андрианова и др. Технология переработки ПМ» , ч. 1, Колос. С, 2008 г. 2. Волынский А. Л. , Бакеев Н. Ф. , Структурная самоорганизация аморфных полимеров, М. : Физматлит. 2005 г. 3. Кондратов А. П. , и др. Капсулирование в полимерных пленках, М. , Химия, 1990 г. 25

26 26